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光子计数模式动态漫射光层析系统的研究

作　者: 李瑞超
导　师: 高峰
学　校: 天津大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 扩散光层析成像 光子计数 连续光测量系统 时分多路复用技术 可编程逻辑技术
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


扩散光层析成像(Diffuse Optical Tomography ,DOT)是一种新型光学成像技术,它利用组织体在近红外具有的低吸收、高散射的特性,探测重要生理相关的组织光学参数分布,能够同时提供解剖和生理信息。该方法具有连续实时性、完全无损、高时间分辨率和合理的空间分辨率等特性,在乳腺成像、新生儿大脑供氧状况及血氧动力学观测等方面得到了广泛应用。根据测量时激励光源的不同,DOT系统可分为连续光测量系统,频域测量系统和时间分辨测量系统。连续光DOT系统中一般使用光子计数技术来实现微弱光的检测,光子计数方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点,采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。连续光DOT系统图像重建要求每一个源-探测位置下的信号能够被分离开,因此必须要通过对多个源进行编码得到合适的信号。主要使用的技术是基于光开关的时分多路复用技术,这种方法将光源分时依次导入不同位置的入射光纤,这样就可以从多个源和探测器的组合中解码出任意一个源-探测器对的测量数据。本文主要针对连续光测量模式,采用时分复用的思路初步搭建了光子计数模式动态DOT系统,主要包括一个连续光半导体激光器、一个1:8光源光开关、四个1:4探测器光开关、四个光子计数探测器和光子计数器。主要工作包括:1.基于可编程逻辑技术实现了四通道门宽可调光子计数器,对单光子脉冲进行累加计数,同时控制光开关的切换。2.基于LabVIEW图形化语言设计了计算机软件界面,实现对整个系统运行、显示、数据保存的控制。3.搭建整个系统,对系统进行标定,并通过测量实验验证了系统的可用性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 研究背景  9-14
    1.2.1 生物医学光子成像技术  9-12
    1.2.2 DOT 系统测量方法  12-14
  1.3 主要研究内容  14-15
第二章 微弱光检测技术  15-23
  2.1 常用微弱光电检测技术  15-19
    2.1.1 锁相放大技术  15-16
    2.1.2 取样积分器  16-17
    2.1.3 光子计数技术  17-19
  2.2 光子探测器  19-22
    2.2.1 光电倍增管  19-21
    2.2.2 雪崩光电二极管  21-22
    2.2.3 真空雪崩光电二极管  22
  2.3 本章小结  22-23
第三章 系统总体设计  23-40
  3.1 光源  24-26
  3.2 光纤和光开关  26-28
    3.2.1 光开关  26-27
    3.2.2 光纤  27-28
  3.3 光子计数头  28-29
  3.4 光子计数模块  29-33
    3.4.1 可编程逻辑技术简介  29
    3.4.2 FPGA 基本结构及开发流程  29-31
    3.4.3 开发工具  31-33
  3.5 通信接口  33-36
    3.5.1 常用计算机接口比较  33-35
    3.5.2 接口芯片  35-36
  3.6 计算机软件设计  36-39
    3.6.1 LabVIEW 概述  36-37
    3.6.2 LabVIEW 语言的特点  37-38
    3.6.3 LabVIEW 设计流程  38-39
  3.7 本章小结  39-40
第四章 系统硬件设计  40-47
  4.1 总控制模块  40-43
    4.1.1 通信控制模块  41-42
    4.1.2 命令控制模块  42-43
  4.2 分频模块  43-44
  4.3 计数模块  44-45
  4.4 FPGA 整体功能仿真  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章 系统控制软件设计  47-51
  5.1 软件程序总体介绍  47-48
  5.2 工作流程及程序界面  48-50
  5.3 本章小结  50-51
第六章 系统标定及实验验证  51-59
  6.1 标定  51-54
    6.1.1 标定目的  51
    6.1.2 标定方案  51-54
  6.2 实验验证  54-57
    6.2.1 聚丙烯均匀圆柱形仿体实验  54-56
    6.2.2 均匀圆柱形仿体与非均匀圆柱形仿体对比实验  56-57
  6.3 误差分析  57-58
  6.4 本章小结  58-59
第七章 总结与展望  59-61
  7.1 工作总结  59
  7.2 问题与展望  59-61
参考文献  61-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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